新阶段化肥减量增效战略研究

周 卫，丁文成

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 / 农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）

化肥作为国家粮食安全和农产品有效供给的重要保障，在农业生产中发挥着不可替代的作用。全球每年化肥农用消费量在2亿t (纯养分量)左右[1]，对世界粮食增产的贡献率达40%以上[2]。依据全国化肥试验网开展的5000多个肥效试验，证明化肥对我国粮食增产率在50%左右[3]。我国是世界最大化肥消费国，氮肥、磷肥和钾肥的消费量分别占全球总量的23%、21%和26%[1]，农业化肥的高投入是粮食连续增产的重要支撑。然而，由于我国人多地少、土壤基础肥力差、经营分散、复种指数大、倒茬时间紧等客观因素，作物高产建立在化肥大量施用的基础上，科学施肥技术覆盖率不高[4]。我国农田氮肥和磷肥的平均施用量分别为N 191 kg/hm2和P2O573 kg/hm2，分别是世界平均水平的 2.6 和 2.4倍[1]。大量化肥养分积累在土壤中或损失到环境中，造成了资源浪费和环境污染[5–7]。我国农田每年约有760万t活性氮(以N计)、21万t磷(以P计)以及1.3亿t温室气体(以CO2计)排放到大气和水体环境中[8–13]，成为导致地表水体富营养化、地下水硝酸盐超标、PM2.5形成以及全球变暖的重要因素。随着人口的增加和耕地的减少，粮食增产与生态环境保护的矛盾将日益尖锐，实现化肥减量增效是农业绿色可持续发展的必然要求。

从欧盟、北美和东亚部分发达国家的化肥使用历程来看，化肥用量呈现先快速增长、达到峰值后保持稳中有降的趋势。发达国家自20世纪50年代开始，化肥用量快速增加，到80年代达到顶峰，引发了土地退化、大气和水体污染、生物多样性减少等一系列全球性生态环境问题[14–16]。如过量施肥导致氮磷面源污染严重，瑞典、荷兰、德国、丹麦等国来自农业的氮占流域总氮输入量的60%～94%，磷素占50%以上，美国70%的地表水体出现富营养化[17–20]。为了应对和缓解上述问题，自20世纪70年代起，发达国家逐步加强了化肥减量增效基础理论与应用技术研发，发展了测土配方施肥技术、水肥一体化、机械化施肥、高效肥料产品研发、有机养分高效利用、轮作休耕等化肥减量增效技术[21–26]，并制定了一系列化肥使用规范及限量标准，从技术、产品和管理多方面推动了化肥生产、流通、使用规范化，发达国家的化肥用量持续下降，而粮食产量却保持增长或稳定趋势，逐步走上了化肥减量增效的可持续发展之路。

近年来，我国化肥减量增效研究取得了积极进展，科学施肥水平有了明显提高，表现在灌溉、机械、良种和栽培技术不断完善和推广，粮食综合生产能力已经得到提高，单纯依靠加大化肥投入来提高作物产量的刚性需求降低，为推行化肥减量增效的国家行动提供了必要条件。本文立足于我国农业转型和绿色发展新阶段的现实需求，在充分调研发达国家化肥减量增效经验，总结化肥零增长行动成效的基础上，提出了适合我国特殊国情和农情的化肥减量增效战略导向和重大举措建议，以加快推动农业由过度依赖资源消耗向追求绿色可持续发展的转变。

1.1 化肥减量增效的主要类型

根据联合国粮农组织的统计数据[1]，发达国家化肥使用量变化态势大致可分为两种类型：一是以美国为代表的增长—稳定类型，自1961年开始，美国化肥消费量连续19年快速增长，由787.5万t增加到1980年的2147.7万t，随后稳定在1600万t～2100万t，而粮食产量继续增长；
二是以欧盟、日本等为代表的增长—降低类型，欧盟在20世纪80年代中期肥料用量达到2936万t后迅速下降，之后一直保持在2200万t以下，而粮食产量保持稳定。还有部分国家，如加拿大在经历了化肥总消费量增长—稳定阶段后又进入到增长阶段，主要原因是扩大了能源作物玉米的播种面积，但单位面积的肥料用量保持稳定。

1.2 理论与技术、产品和装备配套实现化肥减量增效

发达国家化肥减量的理论基础是完善的测土配方施肥技术。通过定期土壤养分测定，明确土壤养分丰缺状况，在信息化技术和大数据技术支撑下，实现了肥料养分的精准化和智能化投入。缓/控释肥料、高效复合肥和水肥一体化等技术的研发协调了作物养分需求与肥料养分供应的一致性，机械精准化作业大幅度减少了肥料的损失，进一步减少了化肥用量。近年来，欧美基于农业废弃物综合利用的种养结合绿色循环农业技术快速发展，利用先进的粪肥施用装备实现了养殖业与种植业在饲料−肥料间的物质循环与协同发展。

1.3 政策激励和多措并举推动化肥减量增效

国家层面制定管理政策，发挥多重技术措施提升土壤肥力、降低环境压力，同时用经济手段激励农民提高管理水平。美国、加拿大、澳大利亚等土地资源丰富的国家，采用轮作和休耕技术，土壤肥力得到了很好的恢复，减少了对化肥的依赖。20世纪80年代初期，美国提出了秸秆、有机肥、绿肥部分代替化肥等农业持续发展技术；
1999年，美国环保署提出《综合养分管理计划》，要求农业生产者在施肥前要有明确的计划，如登记作物种类、实际产量和目标产量，预计养分施用量、施肥设备和方法等[27]。欧洲国家在20世纪80年代纷纷出台了“农业环境一揽子计划”，鼓励农户优先施用有机肥，并在施用时间、种类和数量等方面作了具体的规定[28]。通过这些措施，目前美国农业面源污染面积比1980年减少了65%，欧盟地下水硝态氮浓度明显下降，特别是荷兰，地下水硝态氮平均浓度从190 mg/L下降到 60 mg/L[29]。

20世纪80年代，美国提出了最佳管理措施(BMP)，对实行最佳管理的农户进行补贴，通过经济激励措施，鼓励秸秆还田、合理轮作和休耕等提高土壤肥力[30]。1990年，美国颁布了《有机食品生产法案》，通过有机产品认证、地理标志认证以及农产品质量认证，特别是消费者对有机食品的青睐等，削减了化肥的使用量[31]。日本从2007年开始对确定为环保型的农户给予补贴、无息贷款支持和税收减免等优惠政策，从2011年开始政府对被确认为生态型的农户给予直接补贴[32]。农作物播种面积、化肥使用强度、种植结构等是驱动化肥用量变化的直接因素，而经济刺激杠杆使更多的农户参与到科学施肥行动中来，可有效降低化肥使用量。

1.4 法律法规保障

在政策激励的同时，发达国家从法律层面强制进行环境约束，也是化肥减量增效的主要驱动力。20世纪90年代欧盟发布了《硝酸盐指令》，提出在硝酸盐脆弱区要对有机肥用量、施用时期和施用区域进行限制，明确规定了有机肥投入量不能超过170 kg/hm2[33]。除有机肥总量控制外，很多欧盟国家还设置了总氮投入的限量，如丹麦、法国、荷兰和英国。美国在1948年颁布了《清洁水法案》，1970年颁布了《清洁空气法案》，分别从水污染与大气污染的角度对农业生产中的养分使用情况进行了规定[34]。日本于1999年颁布了“农业环境三法”，包括《家畜排泄物法》、《肥料管理法》和《持续农业法》，如《持续农业法》明确指出要减少化肥使用，强调使用堆肥[32]。这些法律法规有效保障了化肥减量增效的实施。

1.5 借鉴与启示

发达国家在环境优先背景下技术措施与政策法规并举实现化肥减量增效，对我国当前的化肥减量增效总目标具有重要借鉴作用。然而，我国的资源禀赋和农业经营制度具有特殊性，也不能全面照搬发达国家的经验和方法。人多地少的国情决定我国既要稳产保供，又要协同环境保护。我国农业以分散经营为主体，极大地限制了测土配方施肥和机械施肥的实施。我国中低产田面积大，其占总耕地面积的2/3，产量对化肥的依赖度高，增加了化肥减量的难度。因此，需要研究提出新阶段适应我国国情的化肥减量增效战略目标和措施。

从20世纪90年代起，我国农业生产中存在化肥普遍过量施用，肥料利用率低，造成资源浪费、环境污染等问题，2015年农业农村部贯彻落实党中央、国务院决策部署，印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》[35]，组织开展全国化肥减量增效工作。5年来，以绿色发展为导向，按照“精(精准施肥)、调(调整优化施肥结构)、改(改进施肥方式)、替(有机肥替代化肥)”的技术路径，持续推进化肥减量增效，成效十分显著。

2.1 实现了化肥减量增效目标

2020年我国农用化肥量5251万t，较2015年减少771万t，减幅达12.8%，不仅提前实现化肥施用零增长的目标，而且已连续5年实现负增长。同时，化肥利用率显著提升。2020年我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率平均为40.2%，较2015年提高5个百分点，相当于减少氨挥发、硝酸盐淋洗等氮排放43万t，有效降低了面源污染风险[36]。

2.2 高效施肥技术加快推进

测土配方施肥技术作为较为简便成熟的措施，已累计制定发布肥料配方30多万个，发放施肥建议卡10亿多份，推动企业照“方”生产配方肥，引导农民按“卡”合理施肥，配方肥占三大粮食作物化肥施用总量的60%以上。

机械深施技术有了配套的机具设备。加快研发专用施肥机械和专用肥料，集成农机农艺融合的施肥技术，重点推广水稻侧深施肥技术、玉米种肥同播技术和小麦机械深施技术。三大粮食作物机械施肥面积达6.5亿亩次，占到播种面积的45%。

水肥一体化技术在许多农作物上得以使用。以玉米、马铃薯、棉花、蔬菜、果树等为重点，推广喷灌、滴灌等技术，推广面积每年超过1.5亿亩次。

有机肥替代化肥被广泛接受。通过实施果菜茶有机肥替代化肥行动，以及有机无机肥配合，2020年全国有机肥施用面积5.5亿亩次，比2015年增加40%，绿肥种植面积超过333.3万hm2。

“十四五”期间，我国政府提出的化肥减量增效目标是：到2025年末全国农用化肥施用量实现稳中有降，三大粮食作物化肥利用率达到43%[37]。虽然化肥使用总量在2020年实现了零增长，但是存在的一些问题与不足影响了化肥减施，且对保证我国粮食稳产高产、农副产品优质高产的压力巨大。

3.1 化肥减量增效措施存在的问题与不足

一是，减量措施及推广重点的精准度不够。由于收益高且研究相对薄弱，我国经济作物特别是果树和蔬菜是施肥过量的重灾区，化肥减量空间较大。由于经济作物减施化肥的理论基础和技术措施相比粮食作物差距较大，经济作物的化肥减施推广面不够，也没有真正为广大农民接受。化肥减施的另一个重要抓手是有机肥替代化肥。我国有机肥施用量低的问题在粮食作物比经济作物严重，而有机肥替代化肥主要集中在果树和蔬菜上，因此，推进粮食作物的有机肥替代化肥工作，才能切实提高有机肥施用量，提升土壤对产量的贡献率。

二是，化肥减量增效的推广存在技术瓶颈。我国小农户多、地块分散，常规测土施肥技术需要的样本量大、成本高，且测土过程偏长，亟需轻简智能即时的推荐施肥技术和手段。施肥技术落后，人工撒施仍占相当比例，高效施肥机械装备有待发展。新型绿色肥料产品不足，钾肥替代和加工技术、磷资源保护和利用技术缺乏。

三是，缺少有效的经济刺激。由于比较效益偏低，农民追求简单省事，加之肥料减量增效更多的是生态效益，与农民追求经济效益的目标不一致，不太关注施肥的合理性。

3.2 新阶段化肥减量增效的战略导向和措施

总而言之，实现化肥的进一步减量增效存在着智能推荐施肥技术、机械施肥装备、新型绿色肥料等技术的推广和应用覆盖面不足，农户积极性不够充分等问题，结合我国当前和今后相当长一段时期内农业、农村和农民的具体国情，新阶段化肥减量增效的战略导向：精准、高效、绿色、智能。具体措施包括：

一是，加快推进粮食作物科学精准施肥。与发达国家比，主要粮食作物生产在种肥同播、侧深施肥、水肥一体化等技术体系仍有较大差距。亟需加强研发和提高作物专用肥、缓控释肥、畜禽有机肥等的供给和质量；
加大力度研究制定以产量、效益和环保等为综合目标的快速养分测定和推荐技术；
研发配套的智能施肥设备，进一步提高肥料利用率。

二是，大力推进经济作物减量高效施肥。与小麦、玉米和水稻等粮食作物相比，我国果树、蔬菜等的科学施肥理论基础与技术研发严重不足，过量施肥普遍。亟需建立主要经济作物科学推荐施肥方法，继续大力应用有机肥替代化肥、水肥一体化、新型肥料等技术，大幅降低化肥用量。

三是，加快推进智能化精准施肥。基于我国分散经营下小农户、小地块的实际，加快研究建立低成本、易推广的轻简精准智能推荐施肥新技术；
发展具备精准定位、智能检测、变量施肥功能的种肥同播机、机械深施注肥器、侧深施肥机等。

四是，持续深入推进水肥一体化技术。与发达国家相比，我国的水肥一体化推广过程中始终存在水肥智能决策及配套系统缺乏的短板，因而水肥一体化的增产节肥效果不高。需要基于区域和作物特点以及生产实际需求，研究实现高效水肥一体化的智能决策软件、低成本水溶肥产品和精准施肥装备，以减少肥料投入、节约农业用水、提高作物的产量和品质。

五是，关注有机肥安全科学利用。我国当下的有机肥源主要来自集约化养殖和工业生产副产品，来源广、理化性质差异大，且不同程度地存在着原料无害化处理技术不足，重金属超标，抗生素和病原微生物残留等问题，严重限制了其安全施用和大面积推广应用。亟需在畜禽粪肥气载污染物、重金属、抗生素和抗性基因等污染物的去除上实现技术突破；
亟需研发先进高效的畜禽粪肥处理和还田施用设施设备；
亟需制定政策以支持引导和鼓励农民和新型经营主体科学积造和施用有机肥。

六是，推进种养结合和秸秆高效还田。我国地域广阔，气候带多样，秸秆还田后的腐解和养分释放特征在不同气候带间相去甚远，一些地方出现了秸秆腐解慢、影响作物播种和生长的现象。亟需研发与气候相匹配的高效秸秆腐解菌剂，大力发展和推进秸秆机械化深翻还田、覆盖还田、碎混还田及堆沤腐熟还田等技术，不断提升秸秆还田的质量。同时构建种养循环发展机制，引导国家现代农业示范区、农业可持续发展试验示范区和现代农业企业率先实现农牧循环发展，形成一批种养结合的典型模式。

七是，加快新型绿色肥料研发。我国新型肥料行业虽然发展快，产品类型多，但普遍缺乏原创核心技术，一些产品的养分供给与作物需求的匹配度不够。包膜型缓控释肥料的包膜材料及其降解产物对环境的长期影响也愈发引起关注。亟需加快环保、可降解的天然/植物源缓控释肥包膜材料创制，提升作物专用肥、功能微生物肥料等产品的效能，实现大宗化肥产品绿色转型升级。

八是，适度开发磷矿资源，加大低品位钾肥资源的加工和利用。我国以占全球5%的磷资源，生产了全球39%的磷酸、49%的磷铵，出口了近40%的磷肥产品，过量开采磷矿严重威胁了我国磷资源的可持续利用。因此必须控制磷肥产能总量，严格限制磷肥出口。我国还是钾肥消费大国，但钾盐资源短缺，一半以上的钾肥依赖进口。因此需要加强对低品位固体钾矿的加工和利用。此外，我国主要农作物的秸秆含钾(K2O)养分总量达到1160万t，畜禽粪肥含钾(K2O)养分总量达到1211万t，具有巨大的钾肥替代潜力，亟需在秸秆还田、有机替代的基础上，建立钾肥有机替代策略。

4.1 部署化肥减量增效的国家重大行动计划

一是，测土配方施肥行动提档升级。充分利用测土配方基础数据，搭建大数据平台，为推荐施肥技术提供大数据支撑。二是，解决推荐施肥“最后一公里”技术。加快推进智能化精准施肥技术攻关与推广应用。三是，部署绿色种养循环行动。加强畜禽粪污减排增效、种养循环等核心技术攻关，加快畜禽粪污资源化利用和产业化发展。四是，部署秸秆还田行动。大力推进秸秆机械化深翻还田、覆盖还田、碎混还田及堆沤腐熟还田等的示范，研发与应用高效秸秆腐解菌剂，提升秸秆还田质量。五是，部署水肥一体化推广行动。全面提升水肥一体化的智能决策水平及配套装备升级，拓展应用范围，加强技术示范和推广；
六是，部署施肥专业化服务培育行动。持续推进科学施肥社会化服务组织的发展和培育，引导农业技术推广机构、农业协会等组织定期开展培训，加强科学施肥科普宣传，建立一支素质较高的农业科技推广队伍。

4.2 攻克化肥减量增效关键科技难题

一是，开展智能化推荐施肥技术攻关。研究突破土壤养分的原位实时监测与诊断技术，精细尺度的作物营养需求模型与智能化的施肥决策终端技术，以及研发配套的自动化智能化施肥装备，加强农艺与农机的交叉融合。二是，开展氮肥缓控释技术攻关。加强安全、环保、可降解的天然/植物源材料在包膜工艺中应用，攻克缓控释肥养分释放对土壤环境变化和作物生长阶段的智能响应技术。三是，开展磷高效利用技术攻关。突破中低品位磷矿资源综合高效利用技术，筛选关键解磷菌并研发高效微生物菌肥，促进土壤固定磷的活化，大幅度提升磷肥当季利用效率。四是，开展钾肥加工与替代技术攻关。挖掘国内低品位钾肥生产及国际高品位钾肥供应潜力，突破钾肥的有机替代技术。五是，开展废弃物循环利用技术攻关。突破畜禽粪肥有害气体、有害生物、有害有机物、重金属等主要污染物消减技术，破解有机肥还田肥效慢、施肥机械不配套等难题。六是，开展秸秆高效还田技术攻关。筛选优良的秸秆降解与生物转化微生物菌株，研发与气候环境相匹配的高效秸秆腐解菌剂，突破秸秆机械化深翻还田、覆盖还田、碎混还田及堆沤腐熟还田等技术。七是，开展微生物肥料抗逆增效技术攻关。重点攻克微生物肥料优良菌株筛选及发酵工艺技术，研发固氮解磷释钾型、抗逆和抗病型微生物利用技术，农田土壤修复的微生物技术，新型多功能复合微生物肥料等。八是，开展机械施肥技术攻关。针对肥料机械深施、机械追肥以及变量施肥需求进行机械装备、肥料类型和施肥技术攻关，提升我国机械施肥的精准化、自动化和智能化水平。九是，开展区域和农田养分综合管理技术攻关。突破不同区域农田养分资源、环境养分等定量评价技术，建立不同作物、不同区域的养分资源综合管理技术和模型，促进养分需求与供应数量匹配、时间同步、空间耦合。

4.3 建立健全政策扶持机制

建立健全化肥养分减量的政府补贴激励制度，完善财税、信贷保险、用地用电、项目支持等政策，充分调动政府部门、科研机构、肥料生产主体和肥料施用主体的积极性。加大对科研机构化肥减量增效长期研究项目的支持力度，强化化肥减量增效的基础研究和技术创新；
支持对企业研产销绿色高效肥料产品的税费减免，引导和推进绿色高效肥料产品的研发和落地；
加大对绿色种养循环模式、无害化有机肥施用、秸秆还田、机械施肥作业、绿色新型肥料施用的农产品生产主体的财政补贴力度，在我国基层生产单元层面全面提升对化肥减量增效的认识水平。

4.4 完善法律法规体系

肥料作为重要的农业生产资料，我国尚无一部专门规范和指导肥料生产经营和使用行为的法律法规。因此，首先要推进肥料立法工作，明确肥料监管部门职责，加强肥料生产经营管理和违法处罚。其次，完善肥料使用登记与备案制度，进一步完善登记肥料品种目录清单，建立负面清单制度，严格登记要求。再次，加强新型肥料监管机制建设，从产、供、销、用等方面建立全链条监管机制，推动监管执法向基层延伸，重点加强有机肥无害化生产监管、整治无证肥料生产经营主体流窜造假售假等，提高不法企业与商贩的违法成本，建立不同部门之间信息共享和沟通机制，开展联合监管、联合执法、联合惩戒，做到肥料监管工作不越位不失位。最后，探索肥料生产企业产销报备制度和农产品生产主体肥料施用报备制度，建设肥料生产、销售、储存、出口、施用等全链条大数据信息共享与监管平台，加大政府主管部门对肥料生产和使用的调控力度。

猜你喜欢化肥有机肥养分7月我国化肥进口量增加中国化肥信息(2022年9期)2022-11-25现代农业离不开化肥今日农业(2021年19期)2022-01-12化肥农药减量，怎么减?今日农业(2021年4期)2021-06-09苹果最佳养分管理技术落叶果树(2021年6期)2021-02-12猪粪变有机肥一年卖了3个亿今日农业(2020年19期)2020-12-14养分文苑(2020年12期)2020-04-13保障粮食安全 有机肥行业如何先行?中国化肥信息(2020年9期)2020-03-29年轻时的流浪，是一生的养分海峡姐妹(2019年1期)2019-03-23化肥需求增长不均 有人欢喜有人忧中国化肥信息(2018年2期)2018-08-23传统or新型 有机肥发展迎来春天中国化肥信息(2017年3期)2017-12-23

推荐访问:增效 化肥 新阶段